Vysoko nad odlehlým Tichým oceánem, asi v polovině cesty mezi Havají a nejsevernější částí Austrálie, byla o víkendu amerického Dne nezávislosti 4. července odpálena z letícího letounu L-1011 Stargazer raketa Pegasus XL. Ta zamířila do vesmíru, aby zahájila honbu za astronomickým satelitem NASA Swift, který se nebezpečně blížil pádu do hustých vrstev atmosféry. Zadařilo se na třetí pokus…
Z amerického kosmického a raketového testovacího polygonu Ronalda Reagana na atolu Kwajalein, pronajatého od Marshallových ostrovů, vzlétlo letadlo Stargazer (upravený letoun L-1011), nesoucí raketu s družicí LINK (lightweight in-space navigation and kinematics). Pravděpodobně se jednalo o poslední let rakety Pegasus, která byla poprvé nasazena v roce 1990, zároveň o první let družicové záchranné mise. Cílem je totiž pokus o záchranu družicové gama observatoře Swift Neila Gehrelse (Neil Gehrels Swift Observatory) od NASA, první mise svého druhu. NASA před méně než rokem vyzvala komerční společnosti, aby navrhly, jak rychle postavit a vypustit malý satelit-remorkér, který by se přichytil ke družici Swift a postrkem zvýšil její výšku natolik, aby mohla pokračovat v práci. Uspěla arizonská společnost Katalyst Space Technologies. Mimochedm, zakázku dostala teprve loni v září… „Za posledních devět měsíců jsme se dostali od prázdného papíru ke startu satelitu, což je naprosto bezprecedentní vývojový harmonogram,“ uvedl hlavní konstruktér mise zvané Swift Boost Kieran Wilson z Katalyst Space. Ve skutečnosti se však LINK pochopitelně nezrodil tak rychle od nuly. Katalyst na konceptu robotických servisních družic pracuje už od svého založení v roce 2019 a v červnu 2026 plánovala uskutečnit demonstraci zařízení určeného pro operace s přiblížením a dokovací technologie ve vesmíru, která by snížila technická rizika před plánovaným startem víceúčelové robotické kosmické lodi Katalyst NEXUS v roce 2027. Když NASA spustila poplach ohledně Swiftu, Katalyst využila příležitosti k přeorientování se na živou záchrannou operaci, která má demonstrovat její schopnosti v praxi. I toto rychlé využití příležitosti však lze považovat za „husarský kousek“ a v případě úspěchu patrně nasměruje firmu k velmi slibné budoucnosti.
Okřídlený Pegasus
Naopak nosič Pegasus (česky Pegas — v řecké mytologii okřídlený kůň, syn boha moří Poseidóna) debutoval jako tří- až čtyřstupňová raketa odpalovaná ze vzduchu s nosností cca 450 kg na LEO už v roce 1990 a od té doby absolvoval 45 misí. Jeho vzdušné nasazení a flexibilita vzletu z různých letišť umožňovala raketě dosáhnout jinak těžko dostupných orbitálních sklonů, které jsou z mnoha hlavních kosmodromů nepřístupné. To je jeden z důvodů, proč Pegasus vypouští LINK, robotický servisní satelit, který dokáže dosáhnout 20,6° nízkého sklonu Swiftu vůči zemskému rovníku. Pro Pegasus by se start z atolu Kwajalein ze 4. července mohl stát posledním. Nosič vyvinutý původně společností Orbital Sciences (nyní součást Northrop Grumman) se stal první soukromě vyvinutou orbitální nosnou raketou na světě a první operační raketou odpálenou z letadla. Během 46 misí vynesl upravený letoun Lockheed L-1011 TriStar okřídlenou raketu do výšky asi 12 000 m, než ji uvolnil k odpálení. Když byl Pegasus uveden do provozu, nabízel možnosti, kterým se jen málokteré jiné rakety mohly rovnat. Vypouštění ze vzduchu eliminovalo závislost na pevných odpalovacích rampách, a zejména umožňovalo přístup k široké škále sklonů oběžné dráhy, tedy poskytovalo flexibilitu v plánování, která byla atraktivní pro vládní vědecké mise. Postupem času se však tyto výhody staly méně přesvědčivými. Jak se satelity zmenšovaly a zlevňovaly, mnoho zákazníků se rozhodlo startovat jako tzv. sdílený náklad, než aby si kupovali specializované starty. Zároveň na trh malých satelitů vtrhly s levnými raketami společnosti Rocket Lab, Firefly Aerospace a další, zatímco program sdílené přepravy u Falconu 9 společnosti SpaceX dramaticky snížil náklady na dosažení oběžné dráhy. Pegasus měl také strukturální nevýhody. Udržování specializovaného letadlového nosiče L-1011, specializovaných posádek a podpůrné infrastruktury dávalo ekonomický smysl, pokud raketa létala pravidelně. S tím, jak se zpomalovala kadence startů, bylo čím dál obtížnější tyto fixní náklady ospravedlnit. Nicméně, má-li to být pro Pegasus labutí píseň, bude to v případě úspěchu mise Swift Boost skvostná závěrečná ouvertura.
Proč takový spěch
Cílem je vrátit gama observatoř Swift na snad původní dráhu v apogeu 600 km, což prodlouží její životnost o několik let. Tedy, pokud její systémy budou nadále fungovat podle předpokladů. NASA původně postavila a vypustila Neil Gehrels Swift Observatory (dříve Swift Gama-Ray Burst Explorer — průzkumník záblesků gama záření Swift) v roce 2004 za nějakých 250 mil. USD. Od té doby observatoř slouží jako jakýsi prvotní nástroj k rychlému zachycení vzdálených gama záblesků, které mohou trvat jen pár sekund, ale zároveň uvolňují více síly, než jaké naše Slunce za celou svou existenci vyprodukuje. Díky úspěchu byla mise Swift opakovaně prodlužována. Dnes jde o jediný dlouhodobě fungující gama teleskop. Astrofyzici využívají Swift a další zařízení k prozkoumání těchto „výbuchů“, aby zjistili co nejvíce o jejich původu. Podle původních plánů mělo jít o dvouletou misi, ale Swift zůstává v provozně dobrém stavu i po 22 letech a navzdory svému stáří stále zprostředkovává cenné vědecké poznatky. Observatoř původně obíhala ve výšce kolem 600 km nad Zemí. Jenže zvýšená aktivita Slunce v posledních letech „roztáhla“ horní vrstvy atmosféry. Ty dnes teleskop brzdí mnohem silněji, než vědci očekávali. Podle současných odhadů klesne jeho orbita pod kritickou hranici 300 km už letos v říjnu, což znamená, že pak by mohla být záchrana prakticky nemožná. Aby „záchranáři“ získali více času, v únoru změnili způsob letu Swiftu tím, že jej naklonili tak, aby se snížil odpor vzduchu. V dubnu pak vypnuli širokoúhlý detektor, který jako první zaznamenává záblesky gama záření. Tyto kroky by měly zpomalit pád, ale v podstatě také pozastavily práci dalekohledu. Vědci již zaznamenali desítky promarněných příležitostí, včetně explodujících hvězd, černých děr trhajících blízké hvězdy, vzplanutí z černých děr v Mléčné dráze a komet, které se mění při pohybu vnitřní Sluneční soustavou. To vše v naději, že jim to Swift v následujících letech vynahradí. Počátkem století vize astronomů tak daleko do budoucna nesahaly. A satelit bez vlastních motorů nemá šanci svůj pád do hustých vrstev atmosféry zastavit. Pokud by NASA nic nepodnikla, jeden z nejúspěšnějších teleskopů své generace by čekal ohnivý konec v zemské atmosféře. „Nechtěli jsme nastavit precedent, že cokoli, co odchází z oběžné dráhy, musí být zachráněno. To, že věci často deorbitují, je součástí našeho vesmírného ekosystému,“ řekl novinářům Shawn Domagal-Goldman, ředitel astrofyzikální divize NASA, během brífinku k záchranné misi Swift Boost 17. června. „Ale tohle nebyla ledasjaká družice. Jedná se o observatoř s jedinečnými schopnostmi a přínosy pro astrofyziku... Jde o observatoř, která se dokáže rychle otáčet a na noční obloze hledat věci, které explodují.“ „To jméno není zkratka. Pochází ze schopnosti rychle a autonomně přesměrovat své úzkoúhlé rentgenové a UV [ultrafialové] dalekohledy téměř kamkoli na obloze,“ řekl během brífinku 17. června novinářům hlavní řešitel Swift Boost Brad Cenko. „Vesmír je velmi dynamickým prostorem. Někde v něm každou sekundu exploduje obrovská hvězda,“ dodal. „A postupem času náš výjimečný operační tým našel nové a inovativní způsoby, jak může družice na tyto objevy rychle reagovat.“
Vesmír plný tajemství
Astronomové se domnívají, že gama záblesky (GRB) pocházejí buď z explozí supernovy masivních hvězd, nebo ze srážek dvou hustých pozůstatků supernov, které se nazývají neutronové hvězdy. Pokud by k těmto zábleskům došlo relativně blízko Země, vzniklé záření by mohlo „odloupnout“ ozonovou vrstvu Země a vystavit planetu takovým vesmírným rizikům, jako je ultrafialové záření Slunce. Z dálky jsou však GRB stále zajímavé, protože poskytují informace o tom, jak se hvězdy vyvíjejí. První GRB byl zachycen v roce 1967 satelitem amerického letectva Vela, který byl součástí série sond navržených k hledání jaderných výbuchů na Zemi. Podle Goddardova střediska kosmických letů NASA však rané gama sondy nedokázaly určit, jak daleko se GRB odehrávaly, což ztěžovalo určit, zda se odehrávají uvnitř naší Mléčné dráhy, nebo mnohem dále. „Pravda, Hubbleův vesmírný dalekohled dokáže zachytit ostřejší snímky než Swift, ale nasměrování Hubblea na nový cíl trvá až dva dny,“ uvedl Cenko. „Swiftu to zabere jen pár minut. Díky tomu může astrofyzikální portfolio NASA řešit otázky, na které by žádné jediné zařízení nedokázalo odpovědět,“ dodal. Pozorování s pomocí Swiftu pomohla potvrdit, že nejtěžší prvky v našem vesmíru, včetně drahých kovů jako platina a zlato ve vašich prstenech a náhrdelnících, byly vytvořeny výbušnou silou spojenou s gama záblesky (které dnes vědci považují za vznik supernov a neutronových hvězd). V roce 2022 Swift objevil gama záblesk tak jasný, že mu vědci dali přezdívku B.O.A.T. — brightest of all time — nejjasnější všech dob. V té době to byla nejsilnější vesmírná exploze, jaká kdy byla viděna. Observatoř Swift je proto vědci velmi ceněná, a také v NASA došli k závěru, že poklus o záchranu přístroje, jehož náhrada by dnes stála miliardy USD, za těch 30 mil. USD, na které operace Swift Boost přijde, stojí za to. Jen během prvních let své práce nashromáždil mnoho zajímavých pozorování, včetně detekce několika erupcí černé díry v rychlém sledu, shromáždění dat o tom, co bylo v roce 2005 považováno za nejvzdálenější explozi vůbec, a nalezení nejbližší neutronové hvězdy v roce 2007. Potvrdil, že supermasivní černé díry vyzařují tvrdé rentgenové záření během slučování svých mateřských galaxií. Před tímto zjištěním vědci nevěděli, jak k vysokoenergetickým výbuchům dochází. Také téhož roku Swift zaznamenal záblesk rentgenového záření tak silný, že na chvíli dalekohled oslepil. GRB 100621 A, jak se událost nazývala, byla považována za nejjasnější zdroj světla, jaký byl kdy v rentgenovém spektru pozorován na kosmologické vzdálenosti. Naštěstí se dalekohled rychle zotavil a jeho data ukázala, že záblesk vystřelil 143 000 rentgenových fotonů za sekundu, když dosáhl maximálního jasu. Nejjasnější známý kontinuální rentgenový zdroj, neutronová hvězda, která vysílá 10 000 rentgenových fotonů za sekundu, je tedy více než 140× slabší. Swift dosáhl milníku v roce 2010 svým 500. pozorovaným zábleskem gama záření. „Na jedné straně je to jen číslo, ale na straně druhé jde o pozoruhodný milník,“ řekl tehdy v rozhovoru sám Neil Gehrels, hlavní výzkumník Swiftu v Goddardově vesmírném letovém centru (Goddard Space Flight Center) v Greenbeltu, po kterém byl teleskop přejmenován. „Každý výbuch obrátil nový dílek skládačky a obraz se začal rýsovat.“ Neobvykle dlouhá a jasná exploze, kterou Swift studoval a která byla zveřejněna v roce 2011, přiměla astronomy k otázce, zda zdrojem je hvězda trhaná na kusy, nebo něco jiného. „Známe objekty v naší vlastní galaxii, které mohou produkovat opakované záblesky, ale jsou tisíckrát až milionkrát slabší než záblesky, které nyní vidíme,“ uvedl Andrew Fruchter z Vědeckého ústavu pro vesmírné dalekohledy (Space Telescope Science Institute) v Baltimoru ve svém prohlášení. „To je opravdu mimořádné.“ Mezitím další rentgenový výbuch zaznamenaný v roce 2012 byl údajně důkazem skryté černé díry v naší galaxii. Další spolupráce přinesly také zajímavé výsledky. Spolupráce se Spitzerovým vesmírným teleskopem [pojmenovaným podle amerického astrofyzika Lymana Spitzera mladšího — pozn. red.] v roce 2016 odhalila více informací o hnědém trpaslíkovi, hvězdě příliš malé na zapálení jaderné fúze. Tento typ objektu je na obloze těžké spatřit. Hnědý trpaslík obíhá kolem malé hvězdy a je ve vzdálenosti buď čtvrtiny vzdálenosti Země—Slunce, nebo 45× větší. Data mohla podpořit kteroukoliv z těchto vzdáleností. Šlo o hnědého „trpaslíka“ o hmotnosti mezi 30- a 65násobkem hmotnosti Jupitera. Dalekohled také pomohl najít pulsar zabudovaný v obrovské blízké galaxii Mlhovina Andromedy, což byl objev roku 2017. Observatoř Swift byla také součástí sítě dalekohledů, které 17. srpna 2017 pozorovaly dvojici kolidujících neutronových hvězd, přičemž tuto událost sledovaly v gama záření, rentgenu, optických vlnových délkách, a dokonce i v gravitačních vlnách. Astronomové tehdy na tiskové konferenci uvedli, že tato detekce světla a gravitačních vln zároveň znamená začátek tzv. éry multimessengerové astrofyziky, což znamená studium kosmu pomocí zásadně odlišných typů informací, jako jsou gravitační vlny a světlo. Mimochodem — existenci gravitačních vln poprvé předpověděl Albert Einstein v roce 1916. Podle Einsteinovy teorie obecné relativity gravitace vzniká z toho, jak hmota deformuje tkanivo prostoru a času. Když se pohybuje jakýkoli objekt s hmotností, měl by generovat gravitační vlny, které se šíří rychlostí světla, přičemž cestou protahují a stahují časoprostor. Gravitační vlny jsou mimořádně slabé, což je činí extrémně těžko detekovatelnými, a dokonce ani Einstein si nebyl jistý, zda skutečně existují. O století později, v roce 2016, je vědci úspěšně detekovali s pomocí laserového interferometru gravitační vlnové observatoře v rámci programu LIGO (laser interferometer gravitational-wave observatory). Tato práce přinesla třem vědcům Nobelovu cenu za fyziku v říjnu 2017. Takovéto a podobné výsledky astronomických družicových observatoří přinášejí poznatky, které jsou pro pochopení naší existence ve vesmíru velmi důležité a často zásadní. Snaha o záchranu observatoře Swift proto není překvapivá.
Má LINK šanci?
Zda má satelit LINK, postavený arizonskou společností Katalyst Space Technologies, šanci na to, aby zachytil observatoř Swift Neila Gehrela a odtáhl ji na stabilní oběžnou dráhu, uvidíme zanedlouho. Během příštích několika týdnů totiž společnost Katalyst provede kontrolní testy družice LINK, včetně posouzení jejích pohonných, senzorových a navigačních systémů. Teprve poté zahájí stíhací let. Každopádně nepůjde o jednoduchou záležitost, ale o pionýrský čin v dějinách kosmonautiky. Vojáci různých „space comand“ sice sní o podobných „řekněme inspekčních“ či tankovacích satelitech a orbitálních remorkérech delší dobu, ale Katalyst během necelého roku předvedla něco, co má většina společností z aerokosmického segmentu zatím jen na papíře. Abych neurazil — možná v prototypech. Tento svého druhu „remorkér“ je malým satelitem zhruba velikosti ledničky — na délku měří přibližně 1,5 m. Má tři hlavní iontové motory a sadu senzorů a trysek určených k tomu, aby se pokusil zachytit klesající Swift. Co je důležité, je vybaven třemi robotickými rameny, která budou využita k zachycení observatoře měřící na délku 3,9 m. Jakmile budou zvoleny body pro uchopení a Swift zajištěn, LINK zapálí sadu jemných iontových trysek, které budou během následujících měsíců pomalu zvyšovat oběžnou dráhu dvojice. Proces zachycení je však asi nejnáročnější, a tedy i nejrizikovější fází celé operace. Ačkoliv je Swift z pohledu své mise plně funkční, stav jeho vnější schránky včetně izolace se za poslední dvě desetiletí ve vesmíru pravděpodobně značně zhoršil. Letecký tým Katalystu tedy ani neví, zda na těle sondy existují pevná místa pro dobré uchopení. Nasměrování robotických ramen tedy bude řešit až během souběžného letu obou sond, na základě zjištění záchranné družice. Záchranná mise Swift musela mj. k dosažení svého cíle zamířit na neobvykle nízkou oběžnou dráhu pod složitým úhlem vzhledem rovníku. Jak jsme uvedli výše, orbita Swiftu má 20,6° sklon vůči rovině rovníku. Pokud by nebyl LINK odstartován Pegasem, dosažení této oběžné dráhy z kosmodromu, jako je Cape Canaveral na Floridě, by vyžadovalo start nadměrně velké a dražší rakety a spoustu času i paliva na složité manévrování. Start z rovníkového Pacifiku tento problém vyřešil. Ačkoliv NASA mohla Swift nechat shořet v atmosféře, jak se běžně stává u starých aparatur, představuje tato záchranná akce příležitost demonstrovat klíčovou schopnost pro budoucnost kosmického průzkumu. Že tento odvážný přístup také prodlužuje vědeckou životnost Swiftu a je cenově dostupnější než nahrazení unikátních schopností observatoře novým satelitem, je už jen potvrzením výše uvedeného. Ostatně, existují i plány na „postrk“ našeho starého dobrého známého — Hubbleova kosmického teleskopu, který vynesl v roce 1990 při letu STS- 31 americký raketoplán Discovery, což mimo jiné nabízel ještě před svým jmenováním do funkce administrátora NASA Jared Isaacman v rámci plánovaných misí Polaris. Kolem Země ale krouží i další dalekohledy, např. v prosinci 2021 vypuštěný (největší) Vesmírný teleskop Jamese Weba zkoumající vesmír v infračerveném spektru, a ke startu na Cape Canaveral na Floridě se připravuje dalekohled NASA Vesmírný dalekohled Nancy Grace Romanové, který si klade za cíl prohlédnout oblohu se zorným polem 100× větším než Hubbleův. Nicméně Swift zatím zůstává přístrojem ojedinělým.
/Stanislav Kužel, doplnil Michael Málek/
